目前，乙烯主要通過石腦油蒸汽裂解生產(chǎn)。由于石油資源的不可再生，煤經(jīng)CaC2水解或電弧裂解后的乙炔加氫制乙烯(AHE)被認(rèn)為是傳統(tǒng)石油基乙烯生產(chǎn)路線的有前景的替代途徑。通常，AHE是通過基于H2的氣相熱催化路線(T-AHE)或基于H2O的液相電催化路線進(jìn)行。

但是T-AHE涉及首先通過蒸汽甲烷重整(SMR)或水煤氣變換反應(yīng)(WGS)反應(yīng)形成H2，然后將H2活化和解離為表面氫物種用于乙炔氫化，從而需要冗余的能源消耗；電催化AHE過程可以直接利用從水中產(chǎn)生的活性氫物種用于乙炔氫化，而不涉及不必要的H2的形成。 因此，將電催化AHE引入T-AHE過程有助于降低反應(yīng)能耗和提高反應(yīng)效率，但迄今為止沒有尚未有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。

近日，中國科學(xué)院大連化物所鄧德會和于良等在Au/α-MoC催化劑上直接以水為氫源，低成本的CO為氧受體，實(shí)現(xiàn)了無氫條件下的乙炔加氫反應(yīng)(CO-H2O-AHE)。 具體而言，研究人員以Au、Pt、Pd、Ir、Rh和Ru等金屬為原料，以α-MoC、CeO2和Al2O3為載體，篩選出Au/α-MoC催化劑為最佳CO-H2O-AHE催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最優(yōu)的Au/α-MoC在80 °C下的乙炔轉(zhuǎn)化率達(dá)99%以上，乙烯選擇性達(dá)83%，優(yōu)于以氫氣為氫源的乙炔加氫工藝。

理論計(jì)算表明，Au/α-MoC界面是CO-H2O-AHE催化循環(huán)的關(guān)鍵，其能夠有效降低AHE和CO*與O*的反應(yīng)的能壘；并且水在Au/α-MoC界面上解離生成的羥基物種作為溫和的還原劑，使得乙炔的選擇性半加氫，殘余的O2能夠通過CO去除。同時(shí)，界面結(jié)構(gòu)的形成依賴于金屬與α-MoC載體之間的界面相互作用的強(qiáng)度：由于Au與α-MoC表面之間具有更強(qiáng)的相互作用，導(dǎo)致Au/α-MoC的邊界結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，因此Au/α-MoC表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的催化性能。

綜上，該項(xiàng)工作所提出的CO-H2O-AHE工藝避免了傳統(tǒng)AHE路線中對H2的需求，并為低溫下利用水進(jìn)行乙炔加氫開辟了新途徑。

Acetylene Hydrogenation to Ethylene by Water at Low Temperature on a Au/α-MoC Catalyst. Nature Catalysis, 2023. DOI: 10.1038/s41929-023-01026-y